금속-유기 프레임워크 독성 프로파일의 실시간 평가를 위한 전기 전지-기질 감지

요약

다음 연구는 실시간 고처리량 스크리닝 기술인 전기 전지-기질 임피던스 감지(ECIS)를 활용하여 선택된 금속-유기 프레임워크의 독성학적 프로파일을 평가합니다.

초록

금속-유기 프레임워크(MOF)는 유기 용매에서 금속 이온과 유기 링커의 배위를 통해 형성된 하이브리드입니다. 생물 의학 및 산업 응용 분야에서 MOF의 구현은 안전성에 대한 우려를 불러일으켰습니다. 본원에서, 선택된 MOF, 제올라이트 이미다졸 프레임워크의 프로파일을 인간 폐 상피 세포에의 노출시에 평가하였다. 평가를 위한 플랫폼은 실시간 기술(즉, 전기 전지-기판 임피던스 감지[ECIS])이었습니다. 이 연구는 노출된 세포에 대한 선택된 MOF의 유해한 영향 중 일부를 식별하고 논의합니다. 또한, 이 연구는 포괄적인 세포 평가를 위해 다른 생화학적 분석에 비해 실시간 방법을 사용하는 이점을 보여줍니다. 이 연구는 관찰된 세포 행동의 변화가 다양한 물리화학적 특성의 MOF에 노출될 때 유발될 수 있는 독성과 사용되는 프레임워크의 용량을 암시할 수 있다고 결론지었습니다. 세포 행동의 변화를 이해함으로써 물리화학적 특성을 구체적으로 조정하여 생물 의학 응용 분야에 사용되는 MOF의 안전한 설계 전략을 개선할 수 있는 능력을 예측할 수 있습니다.

서문

금속-유기 프레임워크(MOF)는 유기 용매에서 금속 이온과 유기 링커 ^1,2의 조합을 통해 형성된 하이브리드입니다. 이러한 조합의 다양성으로 인해, MOF는 구조적 다양성³, 조정 가능한 다공성, 높은 열 안정성 및 높은 표면적^4,5을 갖는다. 이러한 특성은 가스 저장(^6,7)에서 촉매(^8,9)까지, 그리고 조영제^(10,11)에서 약물 전달 유닛(^12,13)까지 다양한 응용에서 매력적인 후보가 된다. 그러나 이러한 응용 분야에 MOF를 구현하면 사용자와 환경 모두에 대한 안전에 대한 우려가 제기되었습니다. 예를 들어, 예비 연구....

프로토콜

1. ZIF-8 합성

1. 이 예에서는 1:10:100(금속:링커:용매) 질량비를 사용하여 ZIF-8을 합성합니다. 이를 위해 질산 아연 육수화물을 측정하고 측정을 기록합니다. 링커, 2-메틸이미다졸 및 용매(즉, 메탄올)에 필요한 양을 계산하기 위해 예시 질량비를 활용한다.
2. 질산아연 육수화물과 링커를 두 개의 다른 유리 바이알에 넣습니다. 계산 된 메탄올 양의 절반을 질산 아연 6 수화물에 첨가하고 나머지 절반을 링커에 첨가한다. 각 용액이 용해되도록 합니다.
3. 두 용액(즉, 각각 금속과 링커를 포함하는 용액)을 결합합니다. 반응을 위해 결합된 용액이 담긴 용기를 교반 플레이트에 놓고 실온(RT)에서 24시간 동안 700rpm으로 교반합니다.

2. ZIF-8 컬렉션

1. 위의 반응이 종결되면(즉, 24시간 후) 용액을 50mL 원심분리기 튜브에 넣고 3,075 x g 에서 5분 동안 원심분리합니다(동일한 양을 사용하고 로터의 균형을 맞춥니다). 원심분리된 튜브에서 상층액을 제거합니다.
2. 메탄올(5-15mL)을 원심분리기 튜브에 넣고 입자를 재분산시킵니다.
3. 원심분리....

토론

이전 분석에서는 ECIS를 사용하여 분석물(즉, 탄소 나노튜브(³⁵), 약물(⁴³) 또는 나노^클레이(nanoclays))에 노출된 세포의 거동을 평가할 수 있었습니다. 또한, Stueckle et al. ECIS를 사용하여 나노클레이 및 그 부산물에 노출된 BEAS-2B 세포의 독성을 평가했으며 세포 거동 및 부착이 이러한 물질의 물리화학적 특성에 의존한다는 것을 발견했습니다

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
4-[3-(4-idophenyl)-2-(4-nitrophenyl)-2H-5-tetrazolio]-1,3-benzene disulfonate (WST-1 assay)	Roche	5015944001
0.25% Trypsin-EDTA (1x)	Gibco	25255-056
100 mm plates	Corning	430167
1300 Series A2 biofume hood	Thermo Scientific	323TS
2510 Branson bath sonicator	Process Equipment & Supply, Inc.	251OR-DTH
2-methylimidazole, 97%	Alfa Aesar	693-98-1
5 mL sterile microtube	Argos Technologies	T2076S-CA
50 mL  tubes	Falcon	352098
96W10idf well plates	Applied Biophysics	96W10idf PET
96-well plates	Fisherbrand	FB012931
Biorender	Biorender	N/A
Countess cell counting chamber slides	Invitrogen	C10283
Countess II FL automated cell counter	Life Technologies	C0916-186A-0303
Denton Desk V sputter and carbon coater	Denton Vacuum	N/A
Dimethly sulfoxide	Corning	25-950-CQC
DPBS/Modified	Cytiva	SH30028.02
Dulbecco's modified Eagle medium	Corning	10-014-CV
ECIS-ZΘ	Applied Biophysics	ABP 1129
Excel	Microsoft	Version 2301
Falcon tubes (15 mL)	Corning	352196
Fetal bovine serum	Gibco	16140-071
FLUOstar OPTIMA plate reader	BMG LABTECH	413-2132
GraphPad Prism Software (9.0.0)	GraphPad Software, LLC	Version 9.0.0
HERAcell 150i CO2 Incubator	Thermo Scientific	50116047
Hitachi S-4700 Field emission scanning electron microscope equipped with energy dispersive X-ray	Hitachi High-Technologies Corporation	S4700 and EDAX TEAM analysis software
ImageJ software	National Institutes of Health	N/A
Immortalized human bronchial epithelial cells	American Type Culture Collection	CRL-9609
Isotemp freezer	Fisher Scientific
Methanol, 99%	Fisher Chemical	67-56-1
Parafilm sealing film	The Lab Depot	HS234526A
Penicillin/Steptomycin	Gibco	15140-122
Sorvall Legend X1R Centrifuge	Thermo Scientific	75004220
Sorvall T 6000B	DU PONT	T6000B
Trypan blue, 0.4% solution in PBS	MP Biomedicals, LLC	1691049
Vacuum Chamber	Belart	999320237
Zinc Nitrate Hexahydrate, 98% extra pure	Acros Organic	101-96-18-9